JP2014126390A

JP2014126390A - Ｐｃ桁の動的たわみの非接触測定方法及びその装置

Info

Publication number: JP2014126390A
Application number: JP2012281481A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Johan; 文昭上半; Shintaro Minoura; 慎太郎箕浦
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-07-07
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: JP6000840B2

Abstract

【課題】容易で正確な計測ができる１台もしくは複数台のセンサを用いたＰＣ桁の動的たわみの計測ができる、ＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法及びその装置を提供する。
【解決手段】ＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法であって、水平変位のあるＰＣ桁の鉛直方向のたわみの誤差を補正するに際して、前記ＰＣ桁２１の水平変位の計測を可動支承部４３で行い、前記ＰＣ桁２１のたわみを非接触センサ３１，３２を用いて行い、その計測結果と誤差を修正するための誤差表を用いて前記たわみを修正する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＰＣ（プレストレスコンクリート）桁の動的たわみの非接触測定方法及びその装置に関するものである。

従来、桁のたわみ測定は、一般的には桁にピアノ線を取り付け、それを地上に設置したリング式変位計に取り付けることで計測している。しかしながらこの方法は桁下が道路や河川の場合計測が困難となる。
このような状況の中で、最近ではレーザードップラー速度計 (ＬＤＶ) などを用いた非接触の計測手法が使われるようになってきている。

そこで、本願の発明者らも、ＬＤＶなど非接触センサを用いた計測手法の開発を重ねて提案を行っている（下記特許文献１，２参照）。
また、携帯に適したマーキングボール発射装置が提案されている下記特許文献３参照）。
かかるＬＤＶなど非接触センサを用いた計測手法は、従来手法より効率よく安全に計測ができるというメリットがある。

特開２００４−１８４３７７号公報特開２００８−２８１４２２号公報特開２００６−０３８４４５号公報

西山裕之，中西功，畑中達彦，上半文昭，『「Ｕドップラー」によるＰＣ桁たわみ測定次の補正手法について』、土木学会第６７回年次学術講演会，平成２４年９月

しかしながら、これまでのＬＤＶのような一軸の速度や変位のみを計測できるセンサを用いて水平変位の大きい桁のたわみを計測する場合、センサの計測方向と測定対象の振動方向が一致していないとセンサによる計測では誤差が大きくなり、正確なたわみが計測できないという問題があった（上記非特許文献１参照）。
本発明は、かかる状況に鑑みて、容易で正確な計測ができる１台もしくは複数台のセンサを用いたＰＣ桁の動的たわみの計測ができる、ＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法において、水平変位のあるＰＣ桁の鉛直方向のたわみの誤差を補正するに際して、前記ＰＣ桁の水平変位の計測を可動支承部で行い、前記ＰＣ桁のたわみを非接触センサを用いて行い、その計測結果と誤差を修正するための誤差表を用いて前記たわみを修正することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法において、前記非接触センサがＬＤＶであることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法において、前記誤差表がノモグラムであり、測定角度と水平変位による誤差の関係をまとめたグラフであることを特徴とする。

〔４〕上記〔３〕記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法において、前記非接触センサを２台用いて計測する場合、前記ノモグラムは中央を基準として、固定支持部側からの測定、可動支持部側から測定した場合を示したものであることを特徴とする。
〔５〕ＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置において、２個の非接触センサと、この２個の非接触センサに接続されるデータ集録装置と、このデータ集録装置に接続されるデータ記録・解析装置を備え、水平変位のあるＰＣ桁の鉛直方向のたわみの誤差を補正するに際して、前記ＰＣ桁の水平変位の計測を可動支承部で行い、前記ＰＣ桁のたわみを計測し、その計測結果と誤差を修正するに用いる誤差表を具備することを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置において、前記非接触センサがＬＤＶであることを特徴とする。
〔７〕上記〔５〕又は〔６〕記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置において、前記誤差表がノモグラムであり、測定角度と水平変位による誤差の関係をまとめたグラフであることを特徴とする。

〔８〕上記〔７〕記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置において、前記非接触センサを２台用いて計測する場合、前記ノモグラムは中央を基準として、固定支持部側からの測定、可動支持部側から測定した場合を示したものであることを特徴とする。

本発明によれば、水平変位の大きいＰＣ桁のたわみ測定においても、ＬＤＶなどの非接触センサを用いて、ＰＣ桁下から正確かつ簡単にたわみを計測することができる。

本発明にかかるＰＣ桁の水平変位の説明図である。実際の水平変位、実際の鉛直たわみの説明図である。本発明の実施例を示す計測フローチャートである。本発明に係るノモグラフを示す図である。本発明の実施例を示すＰＣ桁のたわみを補正する装置を示す図である。本発明の実施例を示す２台のセンサによる計測を示す図である。

本発明のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法において、水平変位のあるＰＣ桁の鉛直方向のたわみの誤差を補正するに際して、前記ＰＣ桁の水平変位の計測を可動支承部で行い、前記ＰＣ桁のたわみを非接触センサを用いて行い、その計測結果と誤差を修正するための誤差表を用いて前記たわみを修正する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、ＬＤＶなどの非接触センサを用いた計測において、水平変位のあるＰＣ桁の鉛直方向のたわみの誤差を補正する方法を提案することで、桁の正確なたわみを算出する。
図１は本発明にかかるＰＣ桁の水平変位の説明図である。

この図において、１は上向きのそり（キャンバー）があるＰＣ桁（橋梁）、２はＰＣ桁１の固定支承部、３はＰＣ桁１の可動支承部、４は列車荷重を示している。
図１に示すように、ＰＣ桁１の水平変位は、ＰＣ桁１に上向きのそり（キャンバー）があることにより発生し、列車荷重４がかかることで変形し、鉛直方向のたわみと同時に可動支承部３で水平変位を生じる。そのため鉛直方向と水平変位の動揺は同位相となり、またＰＣ桁１の中央部の水平変位は可動支承部３での水平変位の半分（１／２）ｄｘとなる。

（１）基本的にはＰＣ桁１の水平変位の計測を可動支承部３のダイヤルゲージや他のセンサなどで行い、ＰＣ桁１のたわみをＬＤＶなどの非接触センサを用いて行う。そして、計測結果と誤差を修正するためのノモグラムを用いてたわみを修正する。ノモグラムは測定角度と水平変位による誤差の関係をまとめたものであり、以下に示すような計算により作成される。

ｕ＝ｄｙ´ｃｏｓθ
ｕ＝ｄｙｃｏｓθ＋ｄｘｓｉｎθ
ｄｙｃｏｓθ＝ｄｙ´ｃｏｓθ−ｄｘｓｉｎθ
ｄｙ／ｄｙ´＝１−（ｄｘ／ｄｙ´）ｔａｎθ
ここで、ｄｘ：実際の水平変位、ｄｙ：実際の鉛直たわみ、ｕ：非接触センサで測定される変位、ｄｙ’：水平変位がない場合の測定角度補正後の鉛直たわみ、θ：測定角度である（図２参照）。

図３は本発明の実施例を示す計測フローチャートである。
図４は本発明に係るノモグラフを示す図であり、横軸に測定角度θ（°）、縦軸に正規化たわみ、％は（水平変位／垂直たわみ）×１００％、Ａ矢印は固定支持側から測定、Ｂ矢印は可動支持側から測定した場合を示している。
ここでは、ＰＣ桁が計測対象となり水平方向に変位がある。

〔Ａ〕まず、センサ１台を使用する場合は、
（１）ＰＣ桁の水平振動の計測方法を選択する（ステップＳ１）。
（２）第１にダイヤルゲージなどによるＰＣ桁の支承部などの水平振動の計測する（ステップＳ２）。
（３）ＰＣ桁のたわみの計測を行う（ステップＳ３）。

（４）第２に非接触センサによる水平振動の計測（車両荷重や速度が一定の場合）を行う（ステップＳ４）。
（５）ＰＣ桁のたわみの計測を行う（ステップＳ５）。
（６）補正装置の有無をチェックする（ステップＳ６）。
（７）補正装置がない場合には、ノモグラムによる補正のみを行う（ステップＳ７）。

（８）補正装置がある場合には、補正装置による補正を行う（ステップ８）。
（９）次に、ＰＣ桁のたわみ制限値に照合して評価する（ステップＳ９）。
〔Ｂ〕次に、センサ２台を使用する場合は、
（１）固定支承部側と可動支承部側の両方からの測定が可能か否かをチェックする（ステップＳ１１）。

（２）ステップＳ１１でＮＯの場合には、１台でＰＣ桁のたわみを計測し、もう１台で可動支承部などの水平振動を計測する（ステップＳ１２）。
（３）次に、補正装置の有無についてチェックする（ステップＳ１３）。
（４）ステップＳ１３において、補正装置がない場合には、ノモグラムによる補正のみを行う（ステップＳ７）。

（５）ステップＳ１１でＹＥＳの場合には、センサを固定支承部側と可動支承部側に設置してたわみを計測する（ステップＳ１４）。
（６）次に、補正装置の有無についてチェックする（ステップＳ１５）。
（７）ステップＳ１５においてＹＥＳの場合には、補正装置による補正を行う（ステップ８）。

（８）次に、たわみ制限値に照合して評価する（ステップＳ９）。
（９）ステップＳ１５において、補正装置がない場合には、平均を求めて補正する（ステップＳ１６）。
（１０）次に、たわみ制限値に照合して評価する（ステップＳ９）。
このように、計測は図３に示すフローチャートに従って行われる。センサが１台の場合（ステップＳ１〜ステップＳ９）は、たわみ計測と同時にダイヤルゲージなどによって水平振動も計測する。その後、計測した水平振動がセンサで計測した鉛直たわみの何％になるかを求め、図４のノモグラムから正規化たわみを求め、その値をセンサで計測したたわみに掛けることで実際のたわみを求める。ダイヤルゲージなどによる水平振動の計測が困難で、かつ通過する列車の荷重や速度がほぼ一定の場合は、水平振動の計測も同じセンサで違う列車を対象に行い補正する。この場合の補正もノモグラムまたは図５に示すような装置を用いて行う。

図５は本発明の実施例を示すたわみを補正する装置を示す模式図、図６は本発明の実施例を示す２台のセンサによる計測例を示す図である。
図５において、１１は第１のセンサ、１２は第２のセンサ、１３はデータ集録装置、１４はデータ記録・解析装置である。
図６において、３１，５１は第１のセンサ、３２，５２は第２のセンサ、２１，４１はＰＣ桁（橋梁）、２２，４２はＰＣ桁の固定支承部、２３，４３はＰＣ桁の可動支承部である。

（１）２台のセンサを用いる場合、ＰＣ桁の固定支承部側と可動支承部側から同じ測定角度で計測を行い、たわみの変位のうち水平方向の成分を取り除く。ＰＣ桁の固定支承部側と可動支承部側で測定した場合には、誤差の絶対値が同じで符号が逆になるので、両者を平均することにより水平成分を取り除くことができる。平均化は装置でも行えるようにし、測定中に２台のセンサをこの装置に接続することにより自動で平均化を行う。

（２）ＰＣ桁の固定支承部側と可動支承部側に測定角度が等しくなるようにセンサを設置することが困難である場合には、２台のセンサのうち１台を用いてＰＣ桁中央部の変位を計測し、もう１台でＰＣ桁の可動支承部の水平変位を計測する。計測の際に２台のセンサと誤差を補正するための装置を接続し、補正結果を示す。装置ではノモグラムを作成した時と同様の計算を行い、たわみの補正を行う。なお、支承部においても鉛直方向の振動があり、水平振動の計測結果にも誤差は含まれる。しかしながら支承部の鉛直振動は橋脚の沈下によるものであり水平振動に比べて小さいと考えられ、また計測する際のセンサの角度を小さくすることで誤差を小さくすることが可能である。

（３）東海道新幹線のように橋梁を渡る列車の速度や荷重にほとんど変化がないような場合には、列車通過時のＰＣ桁中央部のたわみと、違う列車による可動支承部の水平振動を１台のセンサで計測し、誤差の補正を行うことも可能である。装置に水平変位とたわみを記録させ、その記録されたデータより上記（３) と同様にたわみの補正を行う。
センサが２台使用可能な場合には、図６ (ａ) のように固定支承部２２側と可動支承部２３側の測定角度が同じとなるように計測する。２台のセンサ３１，３２を装置に接続し、計測した値を装置で平均することで水平成分を取り除く。センサ３１，３２が橋軸方向に合わせて設置できない場合には図６ (ｂ) のように設置することで橋軸直角方向の変位を取り除く。センサが２台使用できるが測定角度をそろえて設置することが困難である場合、図６ (ｃ) のように１台のセンサ５１でたわみ、もう１台のセンサ５２で水平振動を測る。センサ２台５１，５２を装置に接続して測定を行い、たわみの補正を行う。たわみ補正用の装置がない場合には、２台のセンサ５１，５２をそれぞれの結果からノモグラムを用いて補正する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法及びその装置は、容易で正確な計測ができる１台もしくは複数台のセンサを用いたＰＣ桁の動的たわみの計測ができる、ＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法及びその装置として利用可能である。

１，２１，４１上向きのそり（キャンバー）があるＰＣ桁（橋梁）
２，２２，４２ＰＣ桁の固定支承部
３，２３，４３ＰＣ桁の可動支承部
４列車荷重
１１，３１，５１第１のセンサ
１２，３２，５２第２のセンサ
１３データ集録装置
１４データ記録・解析装置

Claims

水平変位のあるＰＣ桁の鉛直方向のたわみの誤差を補正するに際して、前記ＰＣ桁の水平変位の計測を可動支承部で行い、前記ＰＣ桁のたわみを非接触センサを用いて行い、その計測結果と誤差を修正するための誤差表を用いて前記たわみを修正することを特徴とするＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法。
請求項１記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法において、前記非接触センサがＬＤＶであることを特徴とするＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法。
請求項１又は２記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法において、前記誤差表がノモグラムであり、測定角度と水平変位による誤差の関係をまとめたグラフであることを特徴とするＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法。
請求項３記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法において、前記非接触センサを２台用いて計測する場合、前記ノモグラムは中央を基準として、固定支持部側からの測定、可動支持部側から測定した場合を示したものであることを特徴とするＰＣ桁の動的たわみの非接触測定方法。
２個の非接触センサと、該２個の非接触センサに接続されるデータ集録装置と、該データ集録装置に接続されるデータ記録・解析装置を備え、水平変位のあるＰＣ桁の鉛直方向のたわみの誤差を補正するに際して、前記ＰＣ桁の水平変位の計測を可動支承部で行い、前記ＰＣ桁のたわみを計測し、その計測結果と誤差を修正するに用いる誤差表を具備することを特徴とするＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置。
請求項５記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置において、前記非接触センサがＬＤＶであることを特徴とするＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置。
請求項５又は６記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置において、前記誤差表がノモグラムであり、測定角度と水平変位による誤差の関係をまとめたグラフであることを特徴とするＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置。
請求項７記載のＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置において、前記非接触センサを２台用いて計測する場合、前記ノモグラムは中央を基準として、固定支持部側からの測定、可動支持部側から測定した場合を示したものであることを特徴とするＰＣ桁の動的たわみの非接触測定装置。